基于GNSS与惯导融合的高精度轮式车辆滑转率检测技术研究

摘要

滑转率的实时精准测量是农业、林业、交通运输等行业中欲使车辆减耗增效而亟待解决的关键问题，尤其对于动力输出型轮式车辆，车轮滑转率过量对牵引效率、行驶安全、油量消耗等造成极大的影响。在实际工作中车辆受客观复杂环境等条件制约，很难实时准确测算出其车轮的滑转率。传统的滑转率测算方法主要通过单一传感器测量车体的行驶速度，且以此作为驱动轮的实际前进速度。此类方法并不能满足滑转率实际复杂情况的测量需求，尤其车辆在转弯或起伏坡面时测算存在较大误差。 本文提出一种动力输出型轮式车辆驱动轮滑转率测算新方法，该方法借助全球导航卫星系统(GNSS)、惯性导航和霍尔传感器获取车辆的行进动态信息，依据车体与各车轮相关测算点结构关系实时求解车辆各个驱动轮的动态滑转率。根据上述方法，本文搭建了动力输出型轮式车辆滑转率的实际物理测试平台。针对测试过程中出现的问题，设计了改进算法，即多动姿结构数据融合(MDASDF)算法。该算法对三类传感器的信号进行了滤波与融合，可使滑转率的测算值更加精确。 为了验证改进后滑转率测算方法的有效性，进行了多种运行过程的仿真实验和实测实验。仿真实验表明:测算结果基本消除了观测信号中的噪声和突变扰动，三种典型运行过程的平均相对误差都小于1％，突变信号处的相对误差都小于4％，满足滑转率测算的实用要求。实测实验表明:该方法测量的驱动轮滑转率客观准确地反映了车辆运动规律，不仅大幅消除了测量值中的有害噪声及扰动，还具有动态实时性。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景与意义

1．1．1滑转率概述

1．1．2全球导航卫星系统概述

1．1．3惯性导航概述

1．1．4车辆行驶速度测量方法的概述

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3论文主要内容

第二章技术原理与测算方法

2．1技术原理

2．1．1 GPS技术原理

2．1．2 IMU技术原理

2．2测算方法

2．2．1车体行驶速度测量方法的比较

2．2．2车轮转速传感器的比较

2．2．3传统测算方法的弊端

2．3本章小结

第三章测算系统设计

3．1硬件设计

3．1．1核心处理器

3．1．2 GNSS模块

3．1．3 MIMU模块

3．1．4霍尔式转速传感器

3．1．5数据传输模块

3．2软件设计

3．2．1滑转率算法的实现

3．2．2人机交互界面设计

3．2．3底层硬件接口的通信

3．3本章小结

第四章测算系统的测试与分析

4．1柏油路上的直行测试

4．1．1平整柏油路上的直行测试

4．1．2上坡与下坡直行测试

4．2平整柏油路上的绕行测试

4．3砂石路与草坪上的直行测试

4．4柏油路上不同速度的直行测试

4．5本章小结

第五章算法改进

5．1常见滤波算法

5．2卡尔曼滤波的实现

5．3改进算法的实现

5．4本章小结

第六章新测算系统的验证

6．1仿真实验

6．1．1模拟车辆在柏油路上的直线运动

6．1．2模拟车辆在平整场地上的绕行运动

6．1．3模拟车辆在坑洼路上的直线运动

6．2实测实验

6．2．1实测车辆在柏油路上的直线运动

6．2．2实测车辆在平整场地上的绕行运动

6．3本章小结

第七章总结与展望

7．1总结

7．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢